Fisjon Basics

July 23  by Eliza

Debatten om atomkraftverk har pågått i noen tid, med atomfysikere og lovgivere alike kaste rundt begreper som fisjon, kritisk masse, og kjedereaksjon. Men hvordan fungerer fisjon arbeid, nøyaktig?

På 1930-tallet oppdaget forskerne at enkelte kjernereaksjoner kan være initiert og kontrollert. Forskere vanligvis oppnådd denne oppgaven ved å bombardere en stor isotop med en annen, mindre en - ofte et nøytron. Kollisjonen forårsaket større isotop å bryte fra hverandre i to eller flere elementer, som kalles fisjon. Figur 1 viser ligningen for fisjon av uran-235.

Fisjon Basics

Figur 1: Ligningen for fisjon.

Reaksjoner av denne type også frigjøre mye energi. Hvor kommer energien fra? Vel, hvis du gjør svært nøyaktig måling av massene av alle atomer og subatomære partikler du begynne med og alle atomene og subatomære partikler du ender opp med, og deretter sammenligne de to, finner du at det er noen "mangler" masse. Uansett forsvinner i løpet av kjernefysisk reaksjon. Dette tapet av materie kalles massedefekt. Den manglende materiale blir omdannet til energi.

Faktisk kan beregne mengden av energi som produseres under en kjernereaksjon med en ganske enkel ligning som er utviklet av Einstein: E = mc 2. I denne ligningen, E er mengden av energi som produseres, m er den "manglende" massen, eller massen defekten, og c er lysets hastighet, som er et ganske stort antall. Lyshastigheten kvadreres, noe som gjør at en del av ligningen et meget stort antall som, selv når det multiplisseres med en liten mengde av massen, gir en stor mengde energi.

Ta en titt på ligningen for fisjon av U-235. Legg merke til at en nøytron ble brukt, men tre er produsert. Disse tre nøytroner, hvis de møter andre U-235 atomer, kan initiere andre fisjoner, produsere enda flere nøytroner. Det er den gamle dominoeffekt. Når det gjelder kjernekjemi, det er en vedvarende kaskade av kjernefysiske fisjoner kalles en kjedereaksjon. Den kjedereaksjon av U-235 er vist i figur 2.

Fisjon Basics

Figur 2: kjedereaksjon.

Denne kjeden reaksjon avhenger av utgivelsen av flere nøytroner enn ble brukt under den kjernefysiske reaksjonen. Hvis du skulle skrive ligningen for fisjon av U-238, den mer rikelig isotop av uran, vil du bruke ett nøytron og bare få en tilbake ut. Du kan ikke ha en kjedereaksjon med U-238. Men isotoper som produserer et overskudd av neutroner i deres spalting støtte en kjedereaksjon. Denne type isotop sies å være spaltbart, og det er bare to viktigste spaltbare isotoper brukes under kjernefysiske reaksjoner - uran-235 og plutonium-239.

En viss minimumsmengde av spaltbart materiale er nødvendig for å understøtte en selvdrevet kjedereaksjon, og det er relatert til disse nøytroner. Hvis prøven er liten, da de nøytroner er sannsynlig å skyte ut av prøven før den treffer et U-235 cellekjernen. Hvis de ikke treffer en U-235 kjerne, ingen ekstra elektroner og ingen energi frigjøres. Reaksjonen bare fizzles. Den minimale mengde av spaltbart materiale som kreves for å sikre at en kjedereaksjon finner sted, kalles den kritiske masse. Noe mindre enn dette beløpet kalles underkritisk.